Решение. Рисунок 1 Пролетный двухрезонаторный клистрон

Задачи, Вариант 28

Рисунок 1 Пролетный двухрезонаторный клистрон

Принцип работы. Двухрезонаторный клистрон схематически изображен на рис. 1. В клистроне имеются два объемных резонатора с емкостными зазорами. Первый резонатор 3 называется входным, или модулятором, а второй 5 - выходным. Пространство 4 между ними называется пространством, дрейфа или группирования, Электроны эмиттируемые катодом 1, ускоряются постоянным напряжением U₀ электрода 2 и попадают в узкий зазор между сетками первого резонатора. Между ними имеется продольное высокочастотное электрическое поле, которое периодически ускоряет и замедляет электроны, т. е. модулирует скорость электронов.

В пространстве дрейфа быстрые электроны догоняют медленные, обеспечивая группирование электронов, т. е. преобразование модуляции электронного потока по скорости в модуляцию по плотности. Модулированный электронный поток поступает во второй резонатор и создает в нем наведенный ток, протекающий повнутренней поверхности его стенок. В резонаторе возникают колебания, а между его сетками появляется электрическое высокочастотное поле, которое должно вызывать торможение сгруппированных электронов. В выходном резонаторе кинетическая энергия тормозящихся электронов преобразуется в энергию СВЧ колебаний. Электроны, прошедшие через второй резонатор и отдавшие СВЧ полю часть своей кинетической энергии, попадают на коллектор 6, где рассеивают оставшуюся часть кинетической энергии в виде тепла. Проанализируем подробнее процессы в пролетном клистроне.

I1=1.16*2=2.32

Ve-скорость невозмущенного потока

= (2*1.6*10^(-19)*8500/(9.1*10^(-31)))^0.5=54670000

=0.002/54670000 =3.65 *10^(-11)

ω=2π*f=6.28*5*10^9=3.14*10^10

θ_d=ωτ₁ - угол пролета электронов в зазоре

θ_d =3.14*10^10* 3.65 *10^(-11) =1.14

θ₁₂ — средний угол пролета в пространстве дрейфа, равный углу пролета электрона, не изменившего своей скорости при прохождении первого резонатора (невозмущенный электрон)

θ₁₂=ω/V_e =3.14*10^10/54670000=574.35

М–коэффициент эффективности электронного взаимодействия или коэффициента связи электронного пучка с полем зазора;

М=(sin0,5θ₁)/0,5θ_d =(sin0.5 *1.14)/(0.5*1.14)= 0.94

U2опт=U0/M=8500/0.94=9042

U1опт =X/M/ θ₁₂*2*U0=1.84/0.94/574.35*2*8500=57.93

Х— параметр группирования=1.84;

=0.5*57.93^2*8*10^(-5)=0.13

m=1 в нашем случае

I2=I0+2 I0*J1(X)=2.16*I0=2.16*2=4.32

Rое2 = U2опт/I2=9042/4.32=2093

Gn опт=1/ Rое2-Gп=1/2093-8*10^(-5)=0.000397

= 0.000397/(0.000397+8*10^(-5))=0.83 или 83%

Электронная мощность с учетом данных

P эл= I_нав(1)U₂/2=MU₂I₀J₁(X)= 0.58*MU₂I₀=0.58*0.94*9042*2=9859

Потребляемая клистроном мощность P₀=I₀U₀=2*8500=17000, поэтому электронный КПД

η_э=P/P₀=M₂J₁(X)U₂/U₀

при максимальный электронный КПД

η_{э max}=J₁(X)

Самое большое теоретическое значение η_э будет при X=1,84:

η_{эл макс}=0.58 или 58%

= 10*lg(9859/17000)= -2.36

Полный η=0.2 или 20%

Дата добавления: 2015-06-04